CN107631376A

CN107631376A - 一种基于冷却气流喷雾降温的风冷模块机组

Info

Publication number: CN107631376A
Application number: CN201710934820.1A
Authority: CN
Inventors: 刘联胜; 杨华; 吴晋湘
Original assignee: Hebei University of Technology
Current assignee: Hebei University of Technology
Priority date: 2017-10-10
Filing date: 2017-10-10
Publication date: 2018-01-26
Anticipated expiration: 2037-10-10
Also published as: CN107631376B

Abstract

本发明涉及一种基于冷却气流喷雾降温的风冷模块机组，主要包括：风冷模块机组、冷却气流通道和喷雾系统。风冷模块机组为长方体状双层框架结构；冷却气流通道位于冷凝器前部，由两块侧板和一块顶板组成；喷雾系统包括：空气压缩机、软化水泵、喷嘴支撑轴、步进电机、气泡雾化喷嘴、压缩空气母管、软化水母管、过滤器、压缩空气支管、软化水支管、水支路电磁阀、水支路逆止阀、气支路电磁阀、气支路逆止阀、温湿度传感器；通过组织冷却气流流动、利用低能耗喷嘴对冷却气流进行喷雾降温，来强化风冷机组冷凝器。本发明的综合制冷性能系数较常规风冷模块机组制冷性能系数高15%‑30%。

Description

一种基于冷却气流喷雾降温的风冷模块机组

技术领域

本发明涉及一种基于冷却气流喷雾降温的风冷模块机组，具体为一种基于冷却气流喷雾降温技术来提高制冷性能系数的风冷模块制冷机组。

背景技术

空调是必不可少的温度调节设备，根据空调冷凝器的冷却方式，一般分为水冷和风冷两种。尽管在相同制冷量下风冷机组制冷性能系数（一般在2.4-3.5之间）低于水冷式机组的性能系数（一般在3.8-4.4之间），但因其具有系统简单紧凑、投资小、安装方便等优点，在目前的空调销售市场中，风冷机组所占份额高达25%以上，并呈现逐年增长的趋势。

夏季制冷过程中，风冷机组性能系数受冷凝器散热效果的影响相当显著，而冷凝器散热效果则主要受冷却气流温湿度、速度等的影响。相关研究结果表明，随着环境温度的提高，机组性能系数呈现逐渐降低的趋势，环境温度每提高1摄氏度，性能系数将降低0.035-0.075，且环境温度越高，性能系数的降低幅度越大；在极端高温情况下，风冷式机组甚至会发生“热保护”停机或启动困难等现象。同时，风冷式机组性能系数随着环境湿度提高而增大，相对湿度每提高1%，性能系数会提高0.024左右。因此，采用各种类型的喷嘴组织喷雾、通过水雾的蒸发吸热和增湿效应，来降低冷凝器冷却气流温度、增大冷却气流的相对湿度、提高风冷机组制冷性能系数，在理论上是可行的。

但值得注意的是，喷雾冷却是否能够实实在在地提高风冷机组的综合性能系数（综合性能系数是指考虑喷雾能耗之后的性能系数），则取决于喷嘴的喷雾总能耗（喷雾能耗是指喷嘴雾化单位质量的水所消耗的功，W/kg）是否足够低、水雾蒸发率（蒸发率是指环境条件下水雾在喷雾射程范围内的蒸发量与喷雾量之比，%）是否足够高，以及喷雾量与冷却空气量、冷却空气温湿度之间是否匹配。只有当喷雾总能耗小于喷雾前后机组输入功率之差时，风冷机组的综合性能系数才能得到提高；前期研究结果显示，当喷嘴的喷雾能耗大于80W/kg时，风冷机组的综合性能系数将会因喷雾能耗过高而降低。只有当水雾蒸发率足够高时，才能够对冷却气流产生显著的降温效果，继而才能够强化冷凝器的对流换热过程、提高机组综合性能系数；前期研究结果显示，当水雾蒸发效率低于85%时，耗水量增大、喷雾总能耗提高，机组综合性能系数不增反降。只有当喷雾量与冷却空气量、冷却空气温湿度之间匹配合理时，才能够提高机组的综合性能系数；前期研究结果显示，环境温度35^℃、空气相对湿度30%情况下，喷雾量与冷却空气量之比应控制在3-5g/m³，环境温度降低或空气相对湿度提高时，喷雾量与冷却空气量之比应控制在更小的范围内，否则将会导致水雾蒸发效率降低、喷雾总能耗增加，机组综合性能系数不增反降。

综上所述，用于风冷机组喷雾冷却的喷嘴，其喷雾量应控制在0.2kg/min以下、喷雾能耗应低于30W/kg，同时喷雾颗粒平均直径D₁₀应控制在15微米以下、D₃₂应控制在40微米以下，这样方可将水雾的完全蒸发时间缩短至0.5秒左右、同时可将水雾蒸发率提高至85%以上。喷雾能耗的高低主要取决于喷嘴结构及其工作参数，而蒸发率的高低则取决于喷嘴结构、喷雾特性和环境温湿度。在各类喷嘴中，压力雾化喷嘴的喷雾能耗相对而言是最低的，但其喷雾量一般大于5kg/min、喷雾颗粒平均直径D₃₂大于60微米、喷雾流动速度20-30m/s以上，在环境温度下，如此大小的颗粒需要耗时1.2秒以上方可完全蒸发；因此，利用压力雾化喷嘴组织喷雾，将产生耗水量过大、水雾蒸发效率过低、喷雾总能耗增加等问题，难以满足风冷机组喷雾冷却的技术要求。超声雾化喷嘴和静电雾化喷嘴的喷雾颗粒平均直径D₃₂小于15微米，在颗粒直径方面符合喷雾冷却的技术要求，但其喷雾能耗却高达100W/kg以上，仍难以满足风冷机组喷雾冷却在能耗方面的技术要求。在所有喷嘴类型中，气泡雾化喷嘴是能够满足前文所述技术条件的，专利CN104624423A曾公开了一种气泡雾化喷嘴的结构及其调节方法，该喷嘴的工作压力为0.3-0.4MPa、喷雾量6-10kg/h、颗粒平均直径D₃₂小于30微米；类似的具有低压、低流量、小气液比、高雾化质量特征的喷嘴，比较适用于组织风冷机组的喷雾冷却。

中国专利CN104048365A公开了一种空调外机喷雾降温系统，该系统包括软水器、喷淋装置和出水控制阀等，通过对空调外机冷凝器翅片喷淋软化水来达到降温效果；而专利CN201521130071.X则公开了一种将蒸发式冷凝器与喷淋水装置集成于风冷模块机机壳内的风冷式冷热水空调模块机组，该机组同样是通过在冷凝器翅片上喷淋水来达到强化传热的目的。值得注意的是，喷淋水会在冷凝器翅片表面形成一层较厚的水膜，尽管流动的水膜能够提高液体的对流换热系数，但是这层低温水膜与冷却气流之间的传热温差却有所降低，因此，上述水喷淋技术只有在大流量情况下才会有显著的强化传热效果，但这势必会导致耗水量提高、系统总能耗增大。

CN202216585U则公开了一种风冷制冷热泵机组喷雾强化空气传热装置，当风冷机组处于制冷状态时，喷雾装置喷射出来的水雾和进入风冷机组换热器的空气相混合，既降低了进入换热器的空气温度，又使换热器管和翅片表面加湿蒸发，增强冷凝器散热效果，以此提升风冷机组的工作效率。CN106482240A则公开了一种空调用智能喷雾节能降温系统，该专利利用微雾冷却节能主机将经过软化水处理装置处理后的自来水，通过微雾高压水管加压后由微雾喷嘴雾化喷出，喷出的微细雾气，利用水汽化时的高潜热在空调外机进风口处吸收空气中热量，降低空气温度，提高冷凝器散热效率。CN205939457U公开了一种空调设备喷雾节能装置及空调设备，该专利从“改善冷凝器的工作环境着手，利用至少一个喷嘴在冷凝器周围形成大量水雾，快速降低冷凝器周围的空气温度，同时能够在冷凝器表面形成水膜，进而增加冷凝器有效换热面积，提高了换热效率；同时通过软化水装置和过滤器的配置，来避免冷凝器钙化结垢所引起的效率下降”。上述三个专利技术与前文所述水喷淋有所不同，其利用喷雾方法来降低冷却气流温度，通过提高传热温差来强化空气自然对流传热过程，可在一定程度上提高风冷机组自身的制冷性能系数。但是，这些专利均未考虑喷嘴喷雾能耗、喷雾量与冷却空气量的比例、喷嘴喷雾特性、喷雾蒸发率等关键技术参数，因此，难以真正实现“空调+喷雾系统”的综合性能系数的提升。

发明内容

本发明的目的是提供了一种基于冷却气流喷雾降温的风冷模块机组，在不改变原风冷模块机组基本结构和工作原理的基础上，结合现有风冷模块制冷机组的技术特点，提出了一种基于冷却气流喷雾降温的风冷模块制冷机组。通过组织冷却气流流动、利用低能耗喷嘴对冷却气流进行喷雾降温，来强化风冷机组冷凝器（又称风侧换热器）的对流换热过程，从而提高风冷模块机组+喷雾系统的综合性能系数。本发明提供的基于冷却气流喷雾降温的风冷模块机组，其综合制冷性能系数较常规风冷模块机组制冷性能系数高15%-30%。

本发明提供的基于冷却气流喷雾降温的风冷模块机组主要包括：

风冷模块机组、冷却气流通道和喷雾系统。

所述风冷模块机组为市场常规产品，长方体状双层框架结构，冷凝器（即风侧换热器）和风机位于上层框架内，压缩机、换向阀、气液分离器、储液罐、水侧换热器、电控制箱等其它部件位于下层框架内；在风机的抽吸作用下，冷却气流（即环境空气）从框架开敞区域流入、并掠过换热器翅片外表面，与翅片外壁面进行对流换热后，高温气体经风机排风口排入大气。

所述的冷却气流通道位于冷凝器前部，用于组织冷却气流的流动过程；所述冷却气流通道由两块侧板和一块顶板组成；所述侧板利用液压阻尼铰链固定在风冷模块机组框架侧立柱上；所述顶板利用液压阻尼铰链固定在风冷机组框架顶部横梁上；

所述侧板和顶板开启角度为90度时，形成横截面为矩形的冷却气流通道（目的是在大风天气确保喷雾冷却后的气流能够全部进入并掠过换热器外表面，而不会被侧风或逆风吹偏）；

所述侧板和顶板关闭（开启角度为0度）后，两块侧板像两扇门一样闭合，顶板则压合在侧板之上，主要目的是整机体积不增加、便于运输。

所述侧板和顶板可使用铝合金板材、镀锌板材或PVC板材。

所述侧板的宽度以1/2机组框架长度为宜、高度以2/3-3/4机组框架高度为宜；所述顶板B2的宽度等于框架长度、高度与侧板高度一致。。

所述喷雾系统由空气压缩机、软化水泵、喷嘴支撑轴、步进电机、气泡雾化喷嘴、压缩空气母管、软化水母管、过滤器、压缩空气支管、软化水支管、水支路电磁阀、水支路逆止阀、气支路电磁阀、气支路逆止阀、温湿度传感器等组成。

所述气泡雾化喷嘴是一种采用3D打印技术加工而成的一体化喷嘴，其结构包括压缩空气入口、渐扩通道、进水口、贯流通道、分水孔、旋流片、混合室、喷口。

所述气泡雾化喷嘴的工作过程为：压缩空气经进气口进入渐扩通道；软化水经进水口进入贯流通道、然后经分水孔后与压缩空气在渐扩通道喇叭口部相交，形成气液两相混合物；气液两相流体流经旋流片，以旋流形式进入渐缩形混合室；最后，经喷口以液雾形式喷出。

所述喷嘴支撑轴位于风冷机组底部侧位，其两端利用轴承支撑，轴承底座以焊接方式固定在风冷机组框架底部横梁上。

所述喷嘴支撑轴上，利用卡箍固定多个喷嘴，喷嘴数量根据风冷机组风机的实际流量和喷嘴额定水流量确定，不少于1个；

所述气泡雾化喷嘴的喷射角度与水平面之间呈45度角。所述喷嘴支撑轴由安装在其一端的步进电机驱动，实现±15度的旋转；所述步进电机固定在框架底部横梁上。喷嘴支撑轴转动一定角度的目的是使喷雾雾炬摆动起来，加大喷雾的作用范围。

所述空气压缩机为气泡雾化喷嘴（至少1个）供气，其工作压力和流量根据气泡雾化喷嘴工作参数确定，选用市场上一级能耗产品。所述空气压缩机布置在机组下层框架内，其出气口与压缩空气母管连接。

所述软化水泵为气泡雾化喷嘴（至少1个）供水，其工作压力和流量根据气泡雾化喷嘴工作参数确定，选用市场上1级能耗产品。所述软化水泵布置在机组下层框架内，其进水口与软化水箱出水管（或机组循环水箱出水管）连接，其出水口与软化水母管连接。

所述压缩空气母管一端与空气压缩机出气口连接，另一端封闭；所述压缩空气母管上，以三通形式连接有与气泡雾化喷嘴数量相同的压缩空气支管；

所述软化水母管一端与软化水泵连接，另一端封闭；所述软化水母管进口下游安装有过滤器；所述过滤器下游软化水母管上，以三通形式连接有与气泡雾化喷嘴数量相同的软化水支管。

所述压缩空气支管一端与压缩空气母管上的三通出口连接，另一端与气泡雾化喷嘴的进气口连接；所述压缩空气支管上，沿压缩空气流动方向，依次安装有气支路电磁阀和水支路逆止阀，分别用于切断气泡雾化喷嘴供气、防止软化水倒灌。

所述软化水支管一端与软化水母管上的三通出口连接，另一端与气泡雾化喷嘴的进水口连接；所述软化水支管上沿软化水流动方向依次安装有水支路电磁阀和水支路逆止阀，分别用于切断气泡雾化喷嘴供水、防止压缩空气倒灌。

以上所述压缩空气管道和软化水管道各处连接，均采用快接接头；所述软管和阀门，均布置在机组底部框架内。

所述温湿度传感器安装于机组顶部盖板上，用于检测环境空气温湿度，并将温湿度电信号传输给风冷模块机组电控制箱内的控制器，由电控制器来控制喷雾系统的启停。所述温度传感器可选用测温范围0-60℃的成熟产品。

所述喷雾系统的供电和控制由风冷模块机组电控箱完成，所述喷雾系统控制程序直接写入机组控制器。其控制逻辑描述如下：风冷模块机组启动后，当所述温湿度传感器检测到环境温度高于30^OC、且环境空气相对湿度小于70%时，机组控制器将启动喷雾冷却系统，即依次启动空气压缩机和软化水泵，然后启动各压缩空气支路电磁阀和软化水支路电磁阀，气泡雾化喷嘴开始喷雾，然后启动步进电机，驱动喷嘴支撑轴在±15°范围内转动。至此，所述基于冷却气流喷雾降温的风冷模块机组进入正常运行状态。当所述温湿度传感器检测到空气温度低于30^OC、或环境空气相对湿度大于70%时，机组控制器将依次停止空气压缩机、软化水泵和步进电机，喷雾冷却系统停止工作（原因：低温、高湿或下雨天气，喷雾对气流的冷却作用减弱，不能提高机组的综合性能系数），风冷机组维持独立运行。

本发明提供了一种基于冷却气流喷雾降温的风冷模块机组，在不改变原风冷模块机组基本结构和工作原理的基础上，结合现有风冷模块制冷机组的技术特点，通过组织冷却气流流动、利用低能耗喷嘴对冷却气流进行喷雾降温，来强化风冷机组冷凝器（又称风侧换热器）的对流换热过程，从而提高风冷模块机组+喷雾系统的综合性能系数。本发明提供的基于冷却气流喷雾降温的风冷模块机组较常规风冷模块机组的制冷性能系数高15%-30%，即本发明具有显著的节能效果。

在标准焓差室内，基于冷却气流喷雾降温的额定制冷量60kW的风冷模块冷热水机组的性能特性测试结果显示，环境温度为31^OC情况下，机组综合性能系数达到4.0以上；环境温度为35^OC情况下，机组综合性能系数大于3.7；环境温度为43^OC情况下，机组综合性能系数大于3.6；环境温度为48^OC极限工况下，机组综合性能系数大于3.2。在工作过程中，喷雾耗水量小于40kg/h、压缩空气耗量小于4kg/h，单个喷嘴的喷雾能耗小于7W/kg，喷雾蒸发效率可达到95%以上，冷凝器翅片表面不存在流水和水滴蒸发现象。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图。

图2为喷嘴整体结构示意图;(a), 整体剖视图;(b), 剖切A-A；(c)，剖切B-B;(d),剖切C-C。

图3为喷嘴的喷雾特性测试效果图; (a), 颗粒平均直径D₁₀的径向分布; (b),颗粒平均直径D₃₂的径向分布; (c),颗粒平均速度的径向分布。

图4为喷雾系统的示意图。

图5为本发明的喷雾气流工作运行状态与相对位置图。

具体实施方式

以下结合附图作详细地说明。

如图1所示，主要包括：风冷模块机组A；冷凝器（即风侧换热器）A1；风机A2；电控制箱A3；液压阻尼铰链B3；顶板B2；侧板B1；喷嘴支撑轴C3；气泡雾化嘴C5；步进电机C4。

本发明提供的一种基于冷却气流喷雾降温的风冷模块机组主要包括：风冷模块机组A、冷却气流通道B和喷雾系统C。

所述风冷模块机组A为市场常规产品，长方体状双层框架结构，冷凝器（即风侧换热器）A1和风机A2位于上层框架内，压缩机、换向阀、气液分离器、储液罐、水侧换热器、控制箱等其它部件位于下层框架内；在风机A2的抽吸作用下，冷却气流（即环境空气）从框架开敞区域流入、并掠过换热器翅片外表面，与翅片外壁面进行对流换热后，高温空气经风机排风口排入大气。

所述冷却气流通道B位于冷凝器前部，用于组织冷却气流的流动过程；所述冷却气流通道由两块侧板B1和一块顶板B2组成，所述侧板B1利用液压阻尼铰链B3固定在风冷机组框架侧立柱上，所述顶板B2利用液压阻尼铰链B3固定在风冷机组框架顶部横梁上；所述侧板B1和顶板B2开启角度为90度时，形成横截面为矩形的冷却气流通道B（目的是在大风天气确保喷雾冷却后气流能够全部进入并掠过换热器外表面，而不会被侧风或逆风吹偏）；所述侧板B1和顶板B2关闭（开启角度为0度）后，两块侧板像两扇门一样闭合，顶板B2则压合在侧板B1之上（主要目的是整机体积不增加、便于运输）。所述侧板B1和顶板B2可使用铝合金板材、镀锌板材或PVC板材。所述侧板B1的宽度以1/2机组框架长度为宜、高度以2/3-3/4机组框架高度为宜；所述顶板B2的宽度等于框架长度、高度与侧板高度一致。见图1。

所述喷雾系统C由空气压缩机C1、软化水泵C2、喷嘴支撑轴C3、步进电机C4、气泡雾化喷嘴C5、压缩空气母管C6、软化水母管C7、过滤器C8、压缩空气支管C9、软化水支管C10、水支路电磁阀C11、水支路逆止阀C12、气支路电磁阀C13、气支路逆止阀C14、温湿度传感器C15等组成。

所述气泡雾化喷嘴C5是一种采用3D打印技术加工而成的一体化喷嘴，其结构如附图2所示，由压缩空气入口C51、渐扩通道C52、进水口C53、贯流通道C54、分水孔C55、旋流片C56、混合室C57、喷口C58等组成。压缩空气经进气口C51进入渐扩通道C52；软化水经进水口C53进入贯流通道C54、然后经分水孔C55后与压缩空气在渐扩通道C52喇叭口部相交，形成气液两相混合物；气液两相流体流经旋流片C56，以旋流形式进入渐缩形混合室C57；最后，经喷口C58以液雾形式喷出。

所述气泡雾化喷嘴C5工作参数描述如下：压缩空气和水的入口压力均为0.45MPa（表压），气液质量流量比控制范围0.1-0.12，额定水流量调节范围6-8kg/h。所述气泡雾化喷嘴C5的喷雾特性测试结果如附图3所示，喷嘴出口下游150mm、250mm和350mm截面上，雾化颗粒平均直径D₁₀均可控制在18微米以下、D₃₂在40微米以下，喷雾颗粒平均速度在25-35m/s范围内，喷雾锥角为30度。所述喷嘴的实际喷雾能耗小于7W/kg。

所述喷嘴支撑轴C3位于风冷机组底部侧位，如附图1所示，其两端利用轴承支撑，轴承底座以焊接方式固定在风冷机组框架底部横梁上。所述喷嘴支撑轴C3上利用卡箍固定多个气泡雾化喷嘴C5，喷嘴数量根据风机A2的实际流量和喷嘴额定水流量确定，不少于1个；所述气泡雾化喷嘴C5的喷射角度与水平面之间呈45度角。所述支撑轴C3由安装在其一端的步进电机C4驱动，实现±15度的旋转；所述步进电机C4固定在框架底部横梁上。支撑轴转动一定角度的目的是使喷雾雾炬摆动起来，加大喷雾的作用范围。

所述空气压缩机C1为气泡雾化喷嘴C5（至少1个）供气，其工作压力和流量根据喷嘴工作参数确定，选用市场上1级能耗产品。所述空气压缩机C1布置在下层框架内，其出气口与压缩空气母管连接。

所述软化水泵C2为气泡雾化喷嘴C5（至少1个）供水，其工作压力和流量根据气泡雾化喷嘴工作参数确定，选用市场上1级能耗产品。所述软化水泵布置在下层框架内，其进水口与软化水箱出水管（或机组循环水箱出水管）连接，其出水口与软化水母管连接。

所述压缩空气母管C6一端与空气压缩机C1出气口连接，另一端封闭；所述压缩空气母管C6上，以三通形式连接有与气泡雾化喷嘴数量相同的压缩空气支管C9；所述压缩空气母管C6可选用PVC柔性软管。

所述软化水母管C7一端与软化水泵出水口连接，另一端封闭；所述软化水母管C6进口下游安装有过滤器C8；所述过滤器C8下游软化水母管C6上，以三通形式连接有与喷嘴数量相同的软化水支管C10；所述软化水母管C7可选用PVC柔性软管。

所述压缩空气支管C9一端与压缩空气母管C6上的三通出口连接，另一端与喷嘴C5的进气口C51连接；所述压缩空气支管C9上，沿压缩空气流动方向，依次安装有气支路电磁阀C13和气支路逆止阀C14，分别用于切断气泡雾化喷嘴C5供气、防止软化水倒灌。

所述软化水支管C10一端与软化水母管C7上的三通出口连接，另一端与气泡雾化喷嘴C5的进水口C53连接；所述软化水支管C10上，沿软化水流动方向，依次安装有水支路电磁阀C11和水支路逆止阀C12，分别用于切断气泡雾化喷嘴C5供水、防止压缩空气倒灌。

所述温湿度传感器C15安装于机组顶部盖板上，用于检测环境空气温湿度，并将温湿度电信号传输给风冷模块机组电控制箱内的控制器，由电控制器来控制喷雾系统的启停。所述温度传感器可选用测温范围0-60℃的成熟产品。

所述喷雾系统C的供电和控制由机组电控箱完成。

工作运行过程包括的步骤和控制逻辑描述：

所述风冷模块机组A安装完毕后，人工开启冷却气流通道侧板B1、顶板B2至90度。所述风冷模块机组A启动后，当所述温湿度传感器C15检测到环境温度高于30℃、且环境空气相对湿度小于70%时，机组电控制器将启动喷雾冷却系统C，即依次启动空气压缩机C1和软化水泵C2，然后启动各压缩空气支路电磁阀C13和软化水支路电磁阀C11，气泡雾化喷嘴C5开始喷雾，然后启动步进电机C4，驱动喷嘴支撑轴在±15°范围内转动。至此，所述基于冷却气流喷雾降温的风冷模块机组进入正常运行状态。

当所述温湿度传感器C15检测到空气温度低于30℃、或环境空气相对湿度大于70%时，机组电控制器将自动停止空气压缩机C1、软化水泵C2和步进电机C4，喷雾冷却系统C停止工作（低温、高湿或下雨天气，喷雾对气流的冷却作用减弱，不能提高机组的综合性能系数），风冷机组A维持独立运行。

在标准焓差室内，基于冷却气流喷雾降温的额定制冷量60kW的风冷模块冷热水机组的性能特性测试结果显示，环境温度为31℃情况下，机组综合性能系数达到4.0以上；环境温度为35℃情况下，机组综合性能系数大于3.7；环境温度为43℃情况下，机组综合性能系数大于3.6；环境温度为48℃极限工况下，机组综合性能系数大于3.2。

在工作过程中，喷雾耗水量小于40kg/h、压缩空气耗量小于4kg/h，单个喷嘴的喷雾能耗小于7W/kg，喷雾蒸发效率可达到95%以上，冷凝器翅片表面不存在流水和水滴蒸发现象。

本发明提出了一种基于冷却气流喷雾降温的风冷模块制冷机组。在维持喷雾量与冷却空气量之比等于3g/m³的前提下，35℃标准工况时，相对于原风冷模块制冷机组的性能系数而言，所述机组的综合性能系数可提高15%左右；在43℃工况下，所述机组的综合性能系数可提高25%左右；在48℃工况下，所述机组的综合性能系数可提高30%以上。且环境温度越高，性能系数越高，远远高于国家一级能效指标。

从实施案例来看，上述提供基于冷却气流喷雾降温的风冷模块机组，具有显著的节能效果。

Claims

1.一种基于冷却气流喷雾降温的风冷模块机组，主要包括：风冷模块机组、冷却气流通道和喷雾系统。

2.所述风冷模块机组为长方体状双层框架结构，冷凝器和风机位于上层框架内，压缩机、换向阀、气液分离器、储液罐、水侧换热器、电控制箱以及其它部件位于下层框架内；其特征在于：

所述冷却气流通道位于冷凝器前部，用于组织冷却气流的流动过程；冷却气流通道由两块侧板和一块顶板组成；侧板利用液压阻尼铰链固定在风冷模块机组框架侧立柱上；顶板利用液压阻尼铰链固定在风冷机组框架顶部横梁上；

所述喷雾系统包括：空气压缩机、软化水泵、喷嘴支撑轴、步进电机、气泡雾化喷嘴、压缩空气母管、软化水母管、过滤器、压缩空气支管、软化水支管、水支路电磁阀、水支路逆止阀、气支路电磁阀、气支路逆止阀、温湿度传感器；

所述气泡雾化喷嘴包括压缩空气入口、渐扩通道、进水口、贯流通道、分水孔、旋流片、混合室、喷口；

喷嘴支撑轴位于风冷机组底部侧位，其两端利用轴承支撑，轴承底座以焊接方式固定在风冷机组框架底部横梁上；所述喷嘴支撑轴由安装在其一端的步进电机驱动，步进电机固定在框架底部横梁上；所述空气压缩机和软化水泵布置在风冷机组下层框架内；

所述压缩空气母管一端与空气压缩机出气口连接，另一端封闭；所述压缩空气母管上以三通形式连接有与气泡雾化喷嘴数量相同的压缩空气支管；

所述软化水母管一端与软化水泵出水口连接，另一端封闭；所述软化水母管进口下游安装有过滤器，过滤器下游软化水母管上以三通形式连接有与气泡雾化喷嘴数量相同的软化水支管；

所述压缩空气支管一端与压缩空气母管上的三通出口连接，另一端与气泡雾化喷嘴的进气口连接；所述压缩空气支管上沿压缩空气流动方向，依次安装有气支路电磁阀和气支路逆止阀；

所述软化水支管一端与软化水母管上的三通出口连接，另一端与气泡雾化喷嘴的进水口连接；所述软化水支管上沿软化水流动方向依次安装有水支路电磁阀和水支路逆止阀。

3.根据权利要求1中所述的基于冷却气流喷雾降温的风冷模块机组，其特征在于所述的侧板和顶板开启角度为90度时，形成横截面为矩形的冷却气流通道；所述的侧板和顶板关闭后，两块侧板闭合，顶板则压合在侧板之上。

4.根据权利要求1中所述的基于冷却气流喷雾降温的风冷模块机组，其特征在于所述侧板和顶板使用铝合金板材、镀锌板材或PVC板材。

5.根据权利要求1中所述的基于冷却气流喷雾降温的风冷模块机组，其特征在于所述侧板的宽度为1/2机组框架长度、高度为2/3-3/4机组框架高度；所述顶板的宽度等于框架长度、高度与侧板高度一致。

6.根据权利要求1中所述的基于冷却气流喷雾降温的风冷模块机组，其特征在于所述喷嘴支撑轴上利用卡箍固定至少一个气泡雾化喷嘴；

根据权利要求1中所述的基于冷却气流喷雾降温的风冷模块机组，其特征在于所述气泡雾化喷嘴的工作参数为：压缩空气和水的入口压力均为0.45MPa，气液质量流量比控制范围0.1-0.12，额定水流量调节范围6-8kg/h。

7.根据权利要求5中所述的基于冷却气流喷雾降温的风冷模块机组，其特征在于所述气泡雾化喷嘴的喷射角度与水平面之间呈45度角。

8.根据权利要求1中所述的基于冷却气流喷雾降温的风冷模块机组，其特征在于所述气泡雾化喷嘴的运行工作程序为：压缩空气经进气口进入渐扩通道；软化水经进水口进入贯流通道、然后经分水孔后与压缩空气在渐扩通道喇叭口部相交，形成气液两相混合物；气液两相流体流经旋流片，以旋流形式进入渐缩形混合室；最后，经喷口以液雾形式喷出。

9.根据权利要求1中所述的基于冷却气流喷雾降温的风冷模块机组，其特征在于所述温度传感器的测温范围为0-60℃。

10.根据权利要求1中所述的基于冷却气流喷雾降温的风冷模块机组的运行过程方法，其特征在于包括的步骤：

1）风冷模块机组安装完毕后，人工开启冷却气流通道侧板、顶板至90度；

2）所述风冷模块机组启动后，当所述温湿度传感器检测到环境温度高于30℃、且环境空气相对湿度小于70%时，风冷模块机组电控制器将启动喷雾冷却系统，即依次启动空气压缩机和软化水泵，然后启动各压缩空气支路电磁阀和软化水支路电磁阀，气泡雾化喷嘴开始喷雾，然后启动步进电机，驱动喷嘴支撑轴在±15°范围内转动，冷却气流喷雾降温的风冷模块机组进入正常运行状态；

3）当所述温湿度传感器检测到空气温度低于30℃、或环境空气相对湿度大于70%时，电控制器将自动停止空气压缩机、软化水泵和步进电机，喷雾冷却系统停止工作，风冷机组维持独立运行。